JPH04289718A - Digital protective relay - Google Patents

Digital protective relay

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JPH04289718A
JPH04289718A JP3052407A JP5240791A JPH04289718A JP H04289718 A JPH04289718 A JP H04289718A JP 3052407 A JP3052407 A JP 3052407A JP 5240791 A JP5240791 A JP 5240791A JP H04289718 A JPH04289718 A JP H04289718A
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harmonics
cpu
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sampling frequency
signal
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Shinichi Murashige
村重 伸一
Shiyougo Kawasaki
川崎 章護
Toshihiko Nimura
丹村 俊彦
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Omron Corp
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Omron Corp
Omron Tateisi Electronics Co
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Abstract

PURPOSE:To dispense with an expensive analog filter which has been regarded as necessary in a conventional digital protective relay. CONSTITUTION:By setting the sampling frequency fs from 12fo till then (fo is basic frequency of AC signal) to 36fo, the level of the ZH' harmoinics whose frequency is above 18fo being falf of the sampling frequency fs is supressed to the one which can be neglected in the operation of a CPU 5, whereby the removal of the ZH' harmonics can be dispensed with, while ZL' harmonics not more than half the sampling frequency fs is removed with the digital filter function of the CPU 5.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、デジタル型保護継電器
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a digital protective relay.

【0002】0002

【従来の技術】従来のデジタル型保護継電器としては、
図2に示すように増幅回路1、アナログフィルタ2、サ
ンプル・ホールド回路3、A/D変換器4、およびCP
U5で構成されたものがある。
[Prior art] Conventional digital protective relays include:
As shown in FIG. 2, an amplifier circuit 1, an analog filter 2, a sample/hold circuit 3, an A/D converter 4, and a CP
There is one made up of U5.

【0003】なお、以下の説明の便宜上、交流信号に重
畳される高調波の内、サンプリング周波数fsの1/2
(ナイキスト周波数という。)以下の高調波をZL高調
波、1/2以上の高調波をZH高調波ということにし、
その交流信号の高調波のスペクトルを図3に示している
。図3のfoは交流信号の基本周波数である。
[0003] For convenience of explanation below, among the harmonics superimposed on the AC signal, 1/2 of the sampling frequency fs
(It is called the Nyquist frequency.) The harmonics below are called ZL harmonics, and the harmonics above 1/2 are called ZH harmonics.
FIG. 3 shows the harmonic spectrum of the AC signal. fo in FIG. 3 is the fundamental frequency of the AC signal.

【0004】図2に示される従来の保護継電器でのサン
プル・ホールド回路3に与えられるサンプリング周波数
fsは一般に12foとなり、ナイキスト周波数はそれ
の半分の6foとなる。したがって、従来のデジタル型
保護継電器でのZL高調波は図3の6fo以下、ZH高
調波は6fo以上となる。
In the conventional protective relay shown in FIG. 2, the sampling frequency fs given to the sample-and-hold circuit 3 is generally 12fo, and the Nyquist frequency is half of that, 6fo. Therefore, in the conventional digital protective relay, the ZL harmonic is less than 6fo in FIG. 3, and the ZH harmonic is more than 6fo.

【0005】上記保護継電器における過電圧とか過電流
といった継電要素の判定においては、例えば電力ライン
中の電圧とか電流とかの交流信号を取り込むとともに、
取り込んだ交流信号の振幅演算、位相演算、周波数演算
などの上記判定に必要な各種演算処理をCPU5で実行
するのであるが、取り込む交流信号そのものはアナログ
形であるから、そのままではCPU5の演算処理に適し
ていない。
[0005] In determining relay elements such as overvoltage and overcurrent in the protective relay, for example, AC signals such as voltage and current in the power line are taken in, and
The CPU 5 executes various calculation processes necessary for the above judgment, such as amplitude calculation, phase calculation, frequency calculation, etc. of the input AC signal, but since the input AC signal itself is in analog form, it is not possible to perform the calculation processing of the CPU 5 as it is. Not suitable.

【0006】そこで、この交流信号をCPUが処理でき
るデジタル形に変換するのであるが、その変換において
は、交流信号をまず増幅回路1で増幅してから交流信号
に重畳されている高調波の中で、図3のZH高調波につ
いてアナログフィルタ2で除去するとともに、この除去
した交流信号をサンプル・ホールド回路3でサンプル・
ホールドしつつA/D変換器4でデジタルに変換し、こ
のA/D変換出力をサンプリングデータとしてCPU5
に出力するようになっている。
[0006] Therefore, this AC signal is converted into a digital form that can be processed by the CPU. Then, the analog filter 2 removes the ZH harmonics in FIG. 3, and the removed AC signal is sampled and
While holding the data, it is converted into digital data by the A/D converter 4, and the CPU 5 uses this A/D conversion output as sampling data.
It is designed to output to .

【0007】CPU5は、このサンプリングデータから
上記各種演算を実行するとともに、その実行においては
、高調波中のZL高調波をデジタルフィルタ機能でもっ
て除去するようになっている。
[0007] The CPU 5 executes the various calculations described above from this sampling data, and during the execution, the ZL harmonics among the harmonics are removed using a digital filter function.

【0008】ここで、サンプリング周波数fsは上述の
ように12foに定められているからアナログフィルタ
2は、6fo以上のZH高調波を除去することになり、
CPU5は、6fo以下のZL高調波を除去することに
なる。
Here, since the sampling frequency fs is set to 12fo as mentioned above, the analog filter 2 removes the ZH harmonics of 6fo or more.
The CPU 5 will remove ZL harmonics below 6fo.

【0009】このようにして、高調波をZHとZLとに
分類し、ZHについてはアナログフィルタ2で、ZLに
ついてはCPU5で、それぞれ、除去するのは周知のよ
うにCPU5ではZHの高調波を除去することがサンプ
リング定理に従った交流信号の再現という原理からでき
なかったからである。
In this way, the harmonics are classified into ZH and ZL, and ZH is removed by the analog filter 2, and ZL is removed by the CPU 5.As is well known, the CPU 5 removes the ZH harmonics. This is because it could not be removed due to the principle of reproducing AC signals according to the sampling theorem.

【0010】0010

【発明が解決しようとする課題】ところで、CPU5が
上記各種演算のためにサンプリング定理に従って正確に
交流信号を復調再現するには、アナログフィルタ2のフ
ィルタ特性として図4に示すようにサンプリング周波数
fs(=12fo)の1/2であるナイキスト周波数6
foでは交流信号を例えば−40dB以上で、かつ例え
ば−24dB/octの割合でシャープに減衰させる必
要がある。
By the way, in order for the CPU 5 to accurately demodulate and reproduce the AC signal according to the sampling theorem for the above-mentioned various calculations, the sampling frequency fs ( Nyquist frequency 6 which is 1/2 of = 12fo)
For fo, it is necessary to sharply attenuate the AC signal by, for example, -40 dB or more and at a rate of, for example, -24 dB/oct.

【0011】しかしながら、そのようなシャープな減衰
特性でもってフィルタ帯域を制限してZH高調波を除去
することのできるアナログフィルタ2としては、必然的
に構成部品が増大し、複雑化することなどから高価なも
のになるという問題があった。
However, an analog filter 2 that can limit the filter band and remove ZH harmonics with such a sharp attenuation characteristic inevitably requires an increase in the number of components and complexity. The problem was that it was expensive.

【0012】したがって、本発明においては、ナイキス
ト周波数では高調波がCPUでの演算上、レベル的に無
視できる程度となるようにサンプリング周波数を高く設
定し、ナイキスト周波数以下の高調波はCPUで除去で
きるようにし、それ以上の高調波についてはレベル的に
無視できるからアナログフィルタを使用して当該高調波
の除去することはせず、これによって、高価なアナログ
フィルタが不要なデジタル型保護継電器を提供すること
を目的としている。
Therefore, in the present invention, the sampling frequency is set high so that harmonics at the Nyquist frequency are negligible in terms of the level of calculations performed by the CPU, and harmonics below the Nyquist frequency can be removed by the CPU. Since higher harmonics can be ignored in terms of level, analog filters are not used to remove the harmonics, thereby providing a digital protective relay that does not require expensive analog filters. The purpose is to

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明のデジタル型保護継電器においては、
交流信号を所定のサンプリング周波数でサンプル・ホー
ルドするサンプル・ホールド回路と、サンプル・ホール
ド回路出力をA/D変換するA/D変換器と、A/D変
換器からの出力に応答してサンプリング定理に従って交
流信号を復調再生するとともに、再生した交流信号に基
づいて継電要素の判定のための演算を行うCPUとを具
備し、該CPUは、交流信号に重畳される高調波が前記
演算に実用上影響しないレベルに至るときの該高調波の
周波数をサンプリング周波数の1/2であるとして、該
サンプリング周波数出力を前記サンプル・ホールド回路
に出力するとともに、該演算においては前記A/D変換
出力に含まれるサンプリング周波数の1/2以下の高調
波を除去するデジタルフィルタ機能を有することを特徴
としている。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve such an object, the digital protective relay of the present invention has the following features:
A sample and hold circuit that samples and holds an AC signal at a predetermined sampling frequency, an A/D converter that converts the output of the sample and hold circuit into A/D, and a sampling theorem in response to the output from the A/D converter. and a CPU that demodulates and regenerates the AC signal and performs calculations for determining relay elements based on the regenerated AC signal, and the CPU is configured to perform calculations for determining relay elements based on the regenerated AC signals, and the CPU is configured to perform calculations for determining relay elements based on the regenerated AC signals. Assuming that the frequency of the harmonic when it reaches a level that does not affect the above is 1/2 of the sampling frequency, the sampling frequency output is output to the sample and hold circuit, and in the calculation, the A/D conversion output is It is characterized by having a digital filter function that removes harmonics of 1/2 or less of the included sampling frequency.

【0014】[0014]

【作用】CPUは、交流信号に重畳される高調波が前記
演算に実用上影響しないレベルに至るときの該高調波の
周波数をサンプリング周波数として前記サンプル・ホー
ルド回路に出力し該演算においてはサンプリング周波数
の1/2以下の高調波を除去する。
[Operation] The CPU outputs the frequency of the harmonics superimposed on the AC signal to the sample-and-hold circuit as a sampling frequency when the harmonics reach a level that does not practically affect the calculation. Remove harmonics of 1/2 or less.

【0015】[0015]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図1は本発明の実施例のデジタル型保護継
電器のブロック図であり、同図に示されるように、実施
例の保護継電器においては従来例のアナログフィルタが
なく、増幅回路1の出力がサンプル・ホールド回路3に
出力されるようになっている。そして、CPU5からサ
ンプル・ホールド回路3に与えられるサンプリング周波
数fsが、交流信号の基本周波数foの36倍、つまり
36foであり、また、該CPU5がサンプリング周波
数fsの1/2であるナイキスト周波数18fo以下の
ZL′高調波を除去するデジタルフィルタ機能を有して
いることに特徴を有している。図3にはそのZL′高調
波と、ナイキスト周波数18fo以上のZH′高調波と
がそれぞれ示されている。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a digital protective relay according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, the protective relay according to the embodiment does not have the analog filter of the conventional example, and the output of the amplifier circuit 1 is sampled. The signal is output to the hold circuit 3. The sampling frequency fs given from the CPU 5 to the sample-and-hold circuit 3 is 36 times the fundamental frequency fo of the AC signal, that is, 36fo, and the CPU 5 is equal to or lower than the Nyquist frequency 18fo, which is 1/2 of the sampling frequency fs. It is characterized by having a digital filter function that removes the ZL' harmonic of. FIG. 3 shows the ZL' harmonic and the ZH' harmonic above the Nyquist frequency of 18fo.

【0016】そして、ナイキスト周波数18foでは、
交流信号に重畳されている高調波は、CPU5の継電要
素の判定のための演算(前記従来技術の項にいう演算)
に実用上影響しないレベルに至っており、そのため、ナ
イキスト周波数18fo以上のZH′高調波を除去する
ためのアナログフィルタは不要となる。
[0016] At the Nyquist frequency 18fo,
The harmonics superimposed on the AC signal are calculated by the CPU 5 for determining the relay element (the calculation referred to in the prior art section above).
This has reached a level where it has no practical effect on the frequency, and therefore an analog filter for removing ZH' harmonics having a Nyquist frequency of 18fo or higher is not necessary.

【0017】なお、実施例のサンプリング周波数は、従
来例のそれの3倍(基本周波数foの36倍)であった
が、従来例のそれの2倍(基本周波数foの24倍)で
あっても、あるいは4倍(基本周波数foの48倍)と
か5倍(基本周波数foの60倍)とか、さらにはそれ
以上であってもよいことは勿論である。
The sampling frequency of the embodiment was three times that of the conventional example (36 times the fundamental frequency fo), but it was twice that of the conventional example (24 times the fundamental frequency fo). Of course, it may be 4 times (48 times the fundamental frequency fo), 5 times (60 times the fundamental frequency fo), or even more.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明においてはサンプル・ホールド回路に対するサン
プリング周波数を高くし、その1/2以上の周波数での
交流信号に重畳されている高調波はCPUの演算に実用
上影響しないレベルに至るようにしたから従来で問題と
なっていた高価なアナログフィルタが不要となった。
[Effect of the invention] As is clear from the above explanation,
In the present invention, the sampling frequency for the sample-and-hold circuit is increased, and the harmonics superimposed on the alternating current signal at a frequency of 1/2 or more are made to a level that does not practically affect the calculations of the CPU. This eliminates the need for expensive analog filters, which had been a problem in the past.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明の実施例に係るデジタル型保護継電器の
ブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a digital protective relay according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来例に係るデジタル型保護継電器のブロック
図である。
FIG. 2 is a block diagram of a conventional digital protective relay.

【図3】交流信号に含まれる高調波のスペクトラムを示
す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a spectrum of harmonics included in an AC signal.

【図4】従来例のアナログフィルタのフィルタ特性を示
す図である。
FIG. 4 is a diagram showing filter characteristics of a conventional analog filter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1    増幅回路 3    サンプル・ホールド回路 4    A/D変換器 5    CPU 1 Amplifier circuit 3 Sample/hold circuit 4 A/D converter 5 CPU

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 交流信号を所定のサンプリング周波数で
サンプル・ホールドするサンプル・ホールド回路(3)
と、サンプル・ホールド回路(3)出力をA/D変換す
るA/D変換器(4)と、A/D変換器(4)からの出
力に応答してサンプリング定理に従って交流信号を復調
再生するとともに、再生した交流信号に基づいて継電要
素の判定のための演算を行うCPU(5)とを具備し、
該CPU(5)は、交流信号に重畳される高調波が前記
演算に実用上影響しないレベルに至るときの該高調波の
周波数をサンプリング周波数の1/2であるとして、該
サンプリング周波数出力を前記サンプル・ホールド回路
(3)に出力するとともに、該演算においては前記A/
D変換出力に含まれるサンプリング周波数の1/2以下
の高調波を除去するデジタルフィルタ機能を有すること
を特徴とするデジタル型保護継電器。
[Claim 1] A sample and hold circuit (3) that samples and holds an AC signal at a predetermined sampling frequency.
and an A/D converter (4) that A/D converts the output of the sample/hold circuit (3), and demodulates and reproduces the AC signal according to the sampling theorem in response to the output from the A/D converter (4). It also includes a CPU (5) that performs calculations for determining relay elements based on the reproduced AC signal,
The CPU (5) assumes that the frequency of the harmonics superimposed on the alternating current signal reaches a level that does not practically affect the calculation is 1/2 of the sampling frequency, and sets the sampling frequency output to the above. In addition to outputting to the sample/hold circuit (3), the above A/
A digital protective relay characterized by having a digital filter function that removes harmonics of 1/2 or less of the sampling frequency included in the D-converted output.
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